JP2000154725A - 内燃機関の可変吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車のエンジンの吸気系路中に室を設
け、この室を膨張室と消音室の両方に使用する。 【解決手段】 エアクリーナとインテークマニホールド
とを連通するサクションパイプの外側に室６を形成し、
この室６の内部に、サクションパイプ３（３ａ，３ｂ）
とスライドパイプ９とで形成されるシャッタ機構を設け
て、室６とサクションパイプ３との連通度を変えるよう
にした。スライドパイプ９の位置により、吸気系路に、
直管式、膨張室ならびに消音器の任意の機能を持たせる
ことができることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用のエンジ
ンに適用する内燃機関の可変吸気装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車用のエンジンは、限られた容積の
エンジンルーム内に搭載され、かつ、十分な出力を発生
するようになっている。エンジンは外気を吸入して燃料
と混合し、これを圧縮して燃焼させるものであるから、
大きな出力を発生させるためには十分な量の外気を吸入
する必要がある。このように多量の外気を吸入すると
き、吸気管に要求出力を実現する十分な管径と長さを与
えた場合、一方では吸気音が発生することになる。この
吸気音を減少させるための手段としては消音器（レゾネ
ータ）があり、この消音器を設けることによって吸気音
を減衰させることができる。

【０００３】一方、自動車用のエンジンは走行状態によ
って回転数とともに出力が終始変化するが、走行開始時
や大きな負荷が掛かっているときには大きな出力を取り
出す必要があり、そのような設計がなされることにな
る。出力を増大するための手段としては、サクションパ
イプ（吸気管）の途中に室（容積）を設けることによ
り、体積効率を増大させることがある。

【０００４】吸気管の途中に室を設けるとき、吸気音を
減少させる目的のためには吸気管の一部から側方に枝管
を出し、その先に室を連通させることになる。そして体
積効率を増大させてエンジンの出力を高めるためには、
吸気管の一部に室を形成して吸気圧力波の反射点をつく
る。

【０００５】このように室の具体的な取付構造は異なる
が、吸気音を減少させるためにも、またエンジンの出力
を増大させるためにも、吸気管の途中に室を設けるのが
効果的である。しかしながら１個のエンジンのサクショ
ンパイプにそれぞれ専用の室を設けると、狭いエンジン
ルーム内に大きな空間を占めることになって実情に即し
ないことになる。そこでいずれか一方を設けることと
し、吸気音を低減させる目的の室を取付けた場合、吸気
脈動を変化させるので、エンジン回転数によっては体積
効率の低下を招くことになる。一方、エンジンの出力を
増大させるために室を設けた場合にも、上記同様の問題
が発生する上に、吸気抵抗となり、高回転域でのトルク
低下を招く場合がある。

【０００６】先行技術としての特開平６−３３０７５５
号公報には、分岐管の途中にサージタンクを設け、この
連通度を、分岐管とサージタンクとの連通部に設けた可
変吸気バルブで制御する技術が開示されている。また特
開平９−２２２０１８号公報には、インテークマニホー
ルドに接続された補助マニホールドが、サージタンクの
内部で周方向に移動して有効長を変えるようにした技術
が開示されている。しかしながらこれらの先行技術は、
分岐管とサージタンクとの構造に関するものである上
に、消音とエンジン出力の増大の両目的を達成するもの
ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこの点に鑑み
てなされたものであり、１個の室で膨張室と消音器の双
方を兼ね備えることを目的とした内燃機関の可変吸気装
置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、請求項１に記載された発明に
おいては、エアクリーナとインテークマニホールドとを
連通するサクションパイプの外側に室を形成し、該室の
内部にシャッタ機構を設けて、該室と前記サクションパ
イプとの連通度を変えるように構成したことを特徴とす
る。

【０００９】また、請求項２に記載された発明において
は、請求項１に記載されたものにおいて、前記シャッタ
機構を、エアクリーナに連通するサクションパイプと、
インテークマニホールドに連通するサクションパイプお
よびこれらの外側に嵌合して軸方向にスライドするスラ
イドパイプで構成したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項３に記載された発明において
は、請求項２に記載されたものにおいて、前記スライド
パイプの一部に孔を設け、該スライドパイプのスライド
位置により、該孔が室の内部に連通するように構成した
ことを特徴とする。

【００１１】また、請求項４に記載された発明において
は、請求項３に記載されたものにおいて、スライドパイ
プの一部に設ける孔を、大きさの異なる複数個にしたこ
とを特徴とする。

【００１２】また、請求項５に記載された発明において
は、請求項３に記載されたものにおいて、スライドパイ
プの一部に設ける孔に、外側に向けたパイプを取付けた
ことを特徴とする。

【００１３】さらに、請求項６に記載された発明におい
ては、エアクリーナとインテークマニホールドとを連通
するサクションパイプの一部に孔を設けると共に、その
外側に、孔を設けたアウタパイプを周方向に回動可能に
嵌合し、さらにその外側に外部と仕切られた室を設けた
ことを特徴とする。

【００１４】そして、請求項７に記載された発明におい
ては、請求項２ないし６のいずれかに記載されたものに
おいて、前記スライドパイプあるいはアウタパイプを、
前記室の内部あるいは外部に設けたアクチュエータによ
り、直接的に、あるいはワイヤ等の連係手段を介してス
ライドあるいは周方向に駆動することを特徴とする。

【００１５】上記構成により、室の内部のシャッタ機構
を駆動することによって室とサクションパイプとの連通
度を変えると、室を膨張室として、あるいは消音器とし
て機能させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
について説明する。大気中に開口するサクションパイプ
１にはエアクリーナ２の入口側が接続され、エアクリー
ナ２の出口側はサクションパイプ３によってエンジン４
のインテークマニホールド５に接続されるが、サクショ
ンパイプ３の中間部分には、本発明に係る室６が設けら
れている。７はスロットルバルブである。室６の内部構
造については図２以降の図で説明するが、図１の構成に
よって、サクションパイプ１から吸入された空気はエア
クリーナ２で除塵され、室６からインテークマニホール
ド５を通ってエンジン４の燃焼室に入ることになる。

【００１７】図２について室６の内部構造を説明する。
室６は、ケーシング８によって外壁が形成されており、
その一方の壁８ａにはサクションパイプ３の一部（以
下、便宜上３ａと称する）が貫通して取付けられ、他方
の壁８ｂにはサクションパイプ３の他の部分（以下、便
宜上３ｂと称する）が貫通して取付けられている。壁８
ａ側のサクションパイプ３ａは、壁８ｂ側のサクション
パイプ３ｂより、ケーシング８内に長く挿入されてい
る。これら分割されたサクションパイプ３ａ，３ｂは、
同一の断面形状を有し、同一の外径寸法に製作されてい
る。そして壁８ａ側のサクションパイプ３ａの外側に
は、サクションパイプ３ａ，３ｂとともにシャッタ機構
を構成するスライドパイプ９が軸方向に摺動自在に嵌合
している。

【００１８】このスライドパイプ９は、分割されたサク
ションパイプ３ａ，３ｂの対向部の間隔より少し長くな
っており、後述するようにサクションパイプ３ａ，３ｂ
上でスライドさせたとき、両方のサクションパイプ３
ａ，３ｂの間を接続することができるようになってい
る。スライドパイプ９の一部には２個の孔９ａが軸線上
に設けられており、ここに、外側に向けたパイプ１０が
取付けられている。パイプ１０は、この装置を消音装置
として機能させるときに、スライドパイプ９と室６とが
パイプ１０を介して連通することにより、消音効果を高
めるために使用する。スライドパイプ９の孔９ａの径な
らびにパイプ１０の長さは、すべて同一の大きさにして
もよいが、大きさの異なる複数種のものにしてもよい。

【００１９】図３に示すものは、スライドパイプ９をス
ライドさせるための機構の一例である。これを説明する
と、ケーシング８の内部にスライドパイプ９に平行にシ
ャフト１１が設けられている。シャフト１１には歯１１
ａが刻設されており、この歯１１ａに、スライドパイプ
９に取付けられたアクチュエータ１２のギヤ１３が噛合
している。アクチュエータ１２は電気モータで構成され
ており、図示しないケーブルで与えられる電流によっ
て、ギヤ１３を時計方向あるいは反時計方向に回転さ
せ、スライドパイプ９を図における左方あるいは右方に
移動させるようになっている。

【００２０】図４に示すものは、スライドパイプ９をス
ライドさせるための機構の他の例である。この場合には
アクチュエータ１２をケーシング８の外部に取付け、ス
ライドパイプ９に設けられた係止具９ｂとの間に掛けわ
たした連係手段としてのワイヤ１４でスライドパイプ９
を図における左方あるいは右方に移動させるようにして
ある。ケーシング８の両端部と壁８ａ，８ｂにはプーリ
１５が設けられており、ワイヤ１４が掛けられている。
なお、ワイヤ１４が壁８ａ，８ｂを貫通する部分にはス
リーブ１６が装着されており、ワイヤ１４を保護し、ケ
ーシング８をシールするようにしてある。

【００２１】次に、図３または図４に示すように構成し
たこの装置の使用方法と作用を説明する。なお、図が複
雑になるので、図５ないし図７においては、アクチュエ
ータおよびその関連部分の図示は省略する。この装置
は、アクチュエータ１２によってスライドパイプ９を図
における左方あるいは右方にスライドさせることによ
り、図５に示すように室６を吸気系路から遮断する直管
式、図６に示すように室６が吸気系路の一部に接続され
る状態にした膨張式、さらに図７に示すように室６がパ
イプ１０を通じて吸気系路に接続される消音式に切換え
ることができる。

【００２２】図５に示すようにスライドパイプ９がサク
ションパイプ３ａ，３ｂ間を渡架し、パイプ１０もサク
ションパイプ３ａによって閉塞される直管式の状態で
は、空気は図１に示すサクションパイプ１からエアクリ
ーナ２に入り、ここで除塵されてサクションパイプ３に
より、エンジン４のインテークマニホールド５に導かれ
る。すなわち、スライドパイプ９により、室６は遮断状
態になって機能しない。サクションパイプ１からの空気
がエアクリーナ２のみを通ってエンジン４に導かれるこ
の状態では、図８にで示すように、エンジン回転数が
３０００ｒｐｍと５０００ｒｐｍにおいて他の状態より
も体積効率が良い。

【００２３】図６に示すように、スライドパイプ９がサ
クションパイプ３ａ側に寄り、その先端（図における右
端）が室６内に開口した場合には、室６は膨張室として
機能する。このように吸気系路中に膨張する室６を設け
ると、この室６が吸気脈動の反射点として機能して出力
性能が増大する。なお、このときの体積効率は図８の
に示すようになり、エンジン回転数が３５００〜４５０
０ｒｐｍにおいて他の状態よりも良い。

【００２４】図７に示すように、スライドパイプ９の先
端（図における右端）がケーシング８の壁８ｂに当接
し、左端がサクションパイプ３ａの端部に掛かった状態
となったときには、吸気系路はパイプ１０を介してのみ
室６の内部に連通する。このときの体積効率は図８の
に示すようになり、全回転域において直管および膨張室
のいずれかに対し劣っているが、一方、吸気騒音低減に
役立つことになる。このとき、スライドパイプ９に設け
る孔９ａならびにパイプ１０を複数種にした場合には、
室６に連通するパイプ１０の数を適宜選択することによ
り、消音効果を変えることが可能になる。

【００２５】中低負荷域ではスロットルの有効開口面積
が小さく、スロットルバルブ７の上流にあるこのユニッ
トの脈動効果が利用できなくなるため、直管、膨張室、
消音器の切換えによる出力性能差が生じない。したがっ
て、中低負荷域では消音器を選択し、主に、一定速走行
時の吸気騒音の低減を図る。このとき、本発明に係る内
燃機関の可変吸気装置によれば、スライドパイプ９の位
置を制御することで消音効果を変えることができ、消音
（減衰）周波数をエンジン回転数毎に切換えることがで
きるため、従来の固定型消音器より消音特性に優れるこ
とになる。

【００２６】図９に示すものは、本発明の実施の形態の
他の例である。この場合には、室６の内部に、図１０に
示すように複数個の孔３ｃを軸方向に並べて設けたサク
ションパイプ３が挿通されており、このサクションパイ
プ３の外側に、孔３ｃと同じ数の孔１６ｂを軸方向に並
べて設けたアウタパイプ１６（図１０参照）が、周方向
に回動可能に嵌合するようにして、シャッタ機構を構成
している。この構造にあっても、アウタパイプ１６の一
部には孔１６ａが設けられており、ここに、外側に向け
たパイプ１０が取付けられている。パイプ１０は、この
装置を消音装置として機能させるときに使用する。

【００２７】アウタパイプ１６の外周部にはリング状の
ギヤ１７が取付けられており、ケーシング８の壁８ｂに
取付けたアクチュエータ（モータ）１２の出力軸１８に
取付けられたギヤ１９と噛合している。この構造におい
ては、アクチュエータ１２を作動させてアウタパイプ１
６を回動させ、サクションパイプ３の複数個の孔３ｃと
アウタパイプ１６の孔１６ｂが合致しない位置から合致
する位置、さらに合致の度合いが変わるように制御す
る。

【００２８】制御により孔３ｃと孔１６ｂが合致しない
ときには、室６が遮断された直管状態となる。また、孔
３ｃと孔１６ｂが合致したがその面積が小さいとき、ま
たは孔１６ａおよびパイプ１０を介してのみ室６と連通
しているときは消音器として機能する。アウタパイプ１
６がさらに回動して、孔３ｃと孔１６ｂの合致による開
口面積が最大になったときには膨張室として機能する。
アウタパイプ１６を駆動するための制御は、先の実施の
形態におけるスライドパイプ９を駆動するための制御と
同様である。

【００２９】以上説明した両実施の形態において、直管
状態、消音器状態ならびに膨張室状態の切換えは、運転
者の意思により手動で自由に選択できるようにすること
もできるが、エンジンの回転数や負荷の状態で自動的に
切換えるようにすることもできる。そして、後者の場合
には、スライドパイプ９またはアウタパイプ１６の制御
は、スロットル開度、エンジン回転数に対するマップと
してＥＣＵ（エレクトロニック・コントロール・ユニッ
ト）に与えられ、制御される。

【００３０】なお、手動操作においては、「市街地モー
ド」あるいは「ハイウェイモード」なる選択権を運転者
に与えることもできる。ここで「市街地モード」は、加
減速が多く、定速走行が少ない走行を仮定したモード
で、出力性能を重視し、スロットル開度によらず、直管
と膨張室の切換えをエンジン回転数に対して行うもので
ある。「ハイウェイモード」は、定速走行が多く、加減
速が少ない走行を仮定したモードで、消音性能を重視
し、スロットル開度によらず可変消音器の制御をエンジ
ン回転数に対して行うものである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した本発明のうちの請求項１な
いし３の発明によれば、１個の室を吸気系路中に介装す
る場合と介装しない場合の切換えができ、また室が介装
されるようにした場合に、その室を膨張室とするか消音
器とするかの切換えができることにより、吸気系路中に
室を介装しないときには直管式として機能して、主に高
速回転域で体積効率を高め、エンジンに高出力を発生さ
せることができる。

【００３２】また、室を膨張室として使用するときに
は、中速回転域でエンジンの高出力を得ることができ
る。そして消音室として機能させるときには、吸気音が
大幅に減衰されることになる。また、請求項４の発明に
よれば消音器として機能するとき、消音特性を変えるこ
とができる。さらに請求項５の発明によりスライドパイ
プの一部に設ける孔にパイプを取付けると、吸気系路と
室がそのパイプを通じて連通するので、消音器としての
機能が確実になる。

【００３３】また、請求項６の発明では、サクションパ
イプにアウタパイプを嵌合するのみの構造であるから、
構成とアウタパイプの駆動が簡単になる。

【００３４】そして、請求項７の発明で設けたアクチュ
エータを作動させれば、スライドパイプあるいはアウタ
パイプの駆動が容易に行われることになり、また吸気系
路と室との連通度が自由に変えられることから、エンジ
ンの状態や車両の走行状態に合わせた制御を自動的に行
うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る室を設ける位置を示す系統図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の一例を示す断面図であ
る。

【図３】図１のもののシャッタ機構の駆動機構の一例を
示す断面図である。

【図４】図１のもののシャッタ機構の駆動機構の他の例
を示す断面図である。

【図５】図２に示したものの作動を説明するための説明
図である。

【図６】図２に示したものの作動で、図５とは異なった
状態を説明するための説明図である。

【図７】図２に示したものの作動で、図６とは異なった
状態を説明するための説明図である。

【図８】エンジンの体積効率とエンジン回転数との関連
を示すグラフである。

【図９】本発明の実施の形態の他の例を示す断面図であ
る。

【図１０】図９のうちの要部のみを分解状態で示す斜視
図である。

【符号の説明】

１ サクションパイプ ２ エアクリーナ ３ サクションパイプ ３ａ サクションパイプ ３ｂ サクションパイプ ３ｃ 孔 ４ エンジン ５ インテークマニホールド ６ 室 ９ スライドパイプ ９ａ 孔 １０ パイプ １２ アクチュエータ １６ アウタパイプ １６ｂ 孔

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアクリーナとインテークマニホールド
   とを連通するサクションパイプの外側に室を形成し、該
   室の内部にシャッタ機構を設けて、該室と前記サクショ
   ンパイプとの連通度を変えるように構成したことを特徴
   とする内燃機関の可変吸気装置。
2. 【請求項２】 前記シャッタ機構を、エアクリーナに連
   通するサクションパイプと、インテークマニホールドに
   連通するサクションパイプおよびこれらの外側に嵌合し
   て軸方向にスライドするスライドパイプで構成したこと
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装
   置。
3. 【請求項３】 前記スライドパイプの一部に孔を設け、
   該スライドパイプのスライド位置により、該孔が室の内
   部に連通するように構成したことを特徴とする請求項２
   に記載の内燃機関の可変吸気装置。
4. 【請求項４】 スライドパイプの一部に設ける孔を、大
   きさの異なる複数個にしたことを特徴とする請求項３に
   記載の内燃機関の可変吸気装置。
5. 【請求項５】 スライドパイプの一部に設ける孔に、外
   側に向けたパイプを取付けたことを特徴とする請求項３
   に記載の内燃機関の可変吸気装置。
6. 【請求項６】 エアクリーナとインテークマニホールド
   とを連通するサクションパイプの一部に孔を設けると共
   に、その外側に、孔を設けたアウタパイプを周方向に回
   動可能に嵌合し、さらにその外側に外部と仕切られた室
   を設けたことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
7. 【請求項７】 前記スライドパイプあるいはアウタパイ
   プを、前記室の内部あるいは外部に設けたアクチュエー
   タにより、直接的に、あるいはワイヤ等の連係手段を介
   してスライドあるいは周方向に駆動することを特徴とす
   る請求項２ないし６のいずれかに記載の内燃機関の可変
   吸気装置。